一种河流测速传感器及其测速方法与流程

1.本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种河流测速传感器及其测速方法。


背景技术：

2.河流是所在流域内自然地理背景下的产物，湿润地区河网密集，径流充沛，而干旱地区河网稀疏、径流贫乏，说明河流的地理分布受气候的严格控制，降水量多寡决定着径流补给来源的丰缺，蒸发量大小反映着径流损耗的多少，降水的时空分布、降水强度、降水中心位置及其移动方向影响着径流过程和洪峰流量，气温、风和饱和差也因对降水、蒸发有影响而对径流间接起作用。
3.河流对地理环境也有显著的影响，是水分循环的一个重要的、不可或缺的环节，对于河流的水流速度测量和监控，可以时刻把握河流的水文数据，但是，河流不同位置的流速都是不一样的，且现有的接触式河流测速传感器利用绳索悬挂于河面下方，利用铅鱼带动传感器沉入水中，使得测量的环境不稳定，且河面下方的水流经常发生波动和变化，不同的深度水流变化时会带动测量传感器位置偏移，部分传感器依靠直杆没入水中，其底部插入水中不稳定，受到水流冲击时出现倾斜，造成测量的数据结果不准确。
4.有鉴于此，本发明提供一种河流测速传感器及其测速方法，以解决上述现有技术中存在的技术问题。


技术实现要素：

5.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种河流测速传感器及其测速方法。
6.本发明提出的一种河流测速传感器，包括作用于河流底部的底座和固定与船舷上的支撑座，所述底座的顶部固定安装有限位机构，且限位机构的外侧滑动安装有活动座，所述支撑座的侧面设置有升降机构，且限位机构的顶端插接于升降机构的内部；
7.所述限位机构的内部滑动安装有升降套筒机构，且限位机构的顶部固定安装有步进马达，所述步进马达的输出轴底部与底座之间安装有螺纹杆，且升降套筒机构的内部与螺纹杆螺接，所述升降套筒机构的外侧转动安装有测量座，所述测量座的两侧均设置有稳定机构，且测量座的两侧均设置有可伸缩的连接杆，位于前端的所述连接杆另一端安装有主测速涡轮，且位于后端的连接杆另一端安装有副测速涡轮，所述副测速涡轮的尾端固定安装有导向鳍板。
8.本发明中优选地，所述支撑座包括u型结构的安装架，且安装架的两侧均螺接有多个紧固螺栓，安装架与升降机构之间铰接有平衡杆。
9.本发明中优选地，所述升降机构包括矩形壳体，且矩形壳体的内部通过辊筒安装有两个输送皮带，两个输送皮带夹持于限位机构的两侧，矩形壳体的侧面固定安装有与辊筒传动连接的驱动马达。
10.本发明中优选地，所述底座包括沉降板，且沉降板的底部设置有多个插栓杆，所述
沉降板的顶部一侧通过扭簧铰链安装有导流板，且导流板的顶部设置有与限位机构相适配的条形槽，所述沉降板的顶部另一侧固定安装有激振栓，且导流板的底部设置有与激振栓顶部相适配的敲击块。
11.本发明中优选地，所述导流板的顶部尾端设置有弹性材质的水囊部，且水囊部的尾端设置有多个斜向排水孔，水囊部的前端与条形槽连通。
12.本发明中优选地，所述限位机构由多个c型结构的限位导杆相互拼接构成，且限位导杆的外弧面设置有导线槽。
13.本发明中优选地，所述升降套筒机构包括滚珠螺母和滑动套筒，且滑动套筒套接于限位机构的外侧，滚珠螺母和滑动套筒之间固定安装有限位滑块。
14.本发明中优选地，所述测量座包括梭形座体，且梭形座体的中部设置有限位槽孔，限位槽孔的两侧内壁均固定安装有角度传感器，两个角度传感器之间固定安装有转动滑套，梭形座体的两端均设置有与连接杆相适配的调节槽，调节槽的外侧螺接有定位螺栓。
15.本发明中优选地，所述稳定机构包括三角形结构的平流鳍板，且平流鳍板的前端固定安装有监控模块，监控模块包括水下摄像机和照明灯。
16.一种河流测速传感器的测速方法，包括以下步骤：
17.第一步，根据测量船或者桥梁的高度，利用多个限位导杆和螺纹杆进行拼装，组成可延伸至河床底部的支撑结构，组合完成后，安装架卡在测量船或者桥梁的边缘处，将其通过紧固螺栓进行固定。
18.第二步，通过定位螺栓调整连接杆在梭形座体调节槽内部的间距，使得在岸上时，主测速涡轮和副测速涡轮处于平衡状态，即角度传感器的数值为零，完成河流测速传感器测量前的准备工作。
19.第三步，在测量阶段，通过驱动马达带动升降机构内部的两个输送皮带运动，进而通过摩擦力带动升降机构上下运动，测速传感器竖直探入河流底部，静置-min，直到观察限位机构振动减弱或者静止状态。
20.第四步，步进马达带动螺纹杆进行旋转，通过滚珠螺母带动滑动套筒上下运动，调整测量座位于河面以下的深度，进而可以快速调整测速传感器的测量深度。
21.第五步，通过主测速涡轮和副测速涡轮得到两个河流流速数值，在两组数据误差在设定范围内，记录数据计算平均值，得到相应深度下，河水流速，且记录角度传感器的角度，核定河水的流动方向变化和波动。
22.第六步，测量阶段水流方向变化时，通过平流鳍板的导向作用，使得测速传感器可以快速与水流方向保持动态平衡，减少测量过程中波动现象，且监控模块可以记录河底的泥沙、水流等影像，监控测速传感器每次调整时的动态变化。
23.与现有技术相比，本发明提供了一种河流测速传感器及其测速方法，具备以下有益效果：
24.本发明中利用限位导杆拼接以适配测量船或者桥梁的高度，在测量阶段将底座沿着河流方向探入水中，使其坐落于河床上，底座上设置有倾斜分布且弹性连接的导流板，底座的底部水流被截断无法流过产生负压区，因此，受到河水流速变化而产生力度不同的冲击时，导流板在一定的夹角内做往复运动，利用敲击块不断的击打激振栓，带动底座持续的振动，将底座通过插栓杆牢牢的固定在河床底部，避免测量时传感器受到河水冲击产生摆
动，提高测量过程中的稳定性，在测量时，梭形座体受到水流变化时，可以及时的调整其测量角度，使其快速的与水流方向一致，提高测量结果的准确性，且在与水平面产生夹角时，角度传感器可以及时测量角度，监控河流底部的水流流向和流速的变化，提高测量数据的准确性和可靠性。
附图说明
25.图1为本发明提出的一种河流测速传感器及其测速方法的剖视结构示意图；
26.图2为本发明提出的一种河流测速传感器及其测速方法的底座结构示意图；
27.图3为本发明提出的一种河流测速传感器及其测速方法的水囊部结构示意图；
28.图4为本发明提出的一种河流测速传感器及其测速方法的限位机构剖视结构示意图；
29.图5为本发明提出的一种河流测速传感器及其测速方法的限位机构结构示意图；
30.图6为本发明提出的一种河流测速传感器及其测速方法的测量座结构示意图；
31.图7为本发明提出的一种河流测速传感器及其测速方法的测量座后视结构示意图。
32.图中：1底座、101沉降板、102插栓杆、103激振栓、104导流板、105水囊部、106条形槽、2副测速涡轮、3导向鳍板、4稳定机构、401平流鳍板、402监控模块、5支撑座、6步进马达、7螺纹杆、8升降机构、9限位机构、901限位导杆、902导线槽、10活动座、1001滑动套筒、1002滚珠螺母、1003限位滑块、11测量座、1101梭形座体、1102转动滑套、1103限位槽孔、1104定位螺栓、1105角度传感器、12主测速涡轮、13连接杆。
具体实施方式
33.下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
34.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
35.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
36.实施例1：
37.参照图1-7，一种河流测速传感器，包括作用于河流底部的底座1和固定与船舷上的支撑座5，底座1的顶部固定安装有限位机构9，且限位机构9的外侧滑动安装有活动座10，支撑座5的侧面设置有升降机构8，且限位机构9的顶端插接于升降机构8的内部；
38.限位机构9的内部滑动安装有升降套筒机构10，且限位机构9的顶部固定安装有步进马达6，步进马达6的输出轴底部与底座1之间安装有螺纹杆7，且升降套筒机构10的内部
与螺纹杆7螺接，升降套筒机构10的外侧转动安装有测量座11，测量座11的两侧均设置有稳定机构4，且测量座11的两侧均设置有可伸缩的连接杆13，位于前端的连接杆13另一端安装有主测速涡轮12，且位于后端的连接杆13另一端安装有副测速涡轮2，副测速涡轮2的尾端固定安装有导向鳍板3。
39.作为本发明中再进一步的方案，支撑座5包括u型结构的安装架，且安装架的两侧均螺接有多个紧固螺栓，安装架与升降机构8之间铰接有平衡杆，在测量时，安装架卡在测量船或者桥梁的边缘处，将其通过紧固螺栓进行固定，依靠平衡杆与升降机构8之间的活动连接，减少受到河流冲击时测速传感器的刚性冲击。
40.作为本发明中再进一步的方案，升降机构8包括矩形壳体，且矩形壳体的内部通过辊筒安装有两个输送皮带，两个输送皮带夹持于限位机构9的两侧，矩形壳体的侧面固定安装有与辊筒传动连接的驱动马达，在测量阶段，通过驱动马达带动升降机构8内部的两个输送皮带运动，进而通过摩擦力带动升降机构8上下运动，测速传感器竖直探入河流底部，对河流流速精准测量。
41.作为本发明中再进一步的方案，底座1包括沉降板101，且沉降板101的底部设置有多个插栓杆102，沉降板101的顶部一侧通过扭簧铰链安装有导流板104，且导流板104的顶部设置有与限位机构9相适配的条形槽106，沉降板101的顶部另一侧固定安装有激振栓103，且导流板104的底部设置有与激振栓103顶部相适配的敲击块，在测量河流流速时，将底座1沿着河流方向探入水中，使其坐落于河床上，底座1上设置有倾斜分布且弹性连接的导流板104，底座1的底部水流被截断无法流过产生负压区，因此，受到河水流速变化而产生力度不同的冲击时，导流板104在一定的夹角内做往复运动，利用敲击块不断的击打激振栓103，带动底座1持续的振动，将底座1通过插栓杆102牢牢的固定在河床底部，避免测量时传感器受到河水冲击产生摆动，提高测量过程中的稳定性。
42.作为本发明中再进一步的方案，导流板104的顶部尾端设置有弹性材质的水囊部105，且水囊部105的尾端设置有多个斜向排水孔，水囊部105的前端与条形槽106连通，在导流板104处于上端时，水囊部105在导流板104上表面产生弧形斜面，增强水流对导流板104的压力加快下降速度，在导流板104与沉降板101趋于水平时，水囊部105表面水压力变小，受到的水囊部105的弹力影响展开，水灌入内部在尾端产生斜向下的水柱，加快导流板104回弹的速度，往复运动的过程增加敲击块与激振栓103之间的碰撞频率，直到底座1的底部结构完全没入河泥中，进一步增强测量过程中的稳定性。
43.作为本发明中再进一步的方案，限位机构9由多个c型结构的限位导杆901相互拼接构成，且限位导杆901的外弧面设置有导线槽902，在传感器应用时，可以利用限位导杆901拼接以适配测量船或者桥梁的高度，使用简单方便，且在测量时，连接传感器的导线嵌入导线槽902的内部，可以在测量过程中避免导线受到水中杂物的冲击而损坏，有效提高传感器的使用寿命。
44.作为本发明中再进一步的方案，升降套筒机构10包括滚珠螺母1002和滑动套筒1001，且滑动套筒1001套接于限位机构9的外侧，滚珠螺母1002和滑动套筒1001之间固定安装有限位滑块1003，在步进马达6带动螺纹杆7进行旋转时，通过滚珠螺母1002带动滑动套筒1001上下运动，进而可以快速调整测速传感器的测量深度，提高测量的便捷性和准确性。
45.作为本发明中再进一步的方案，测量座11包括梭形座体1101，且梭形座体1101的
中部设置有限位槽孔1103，限位槽孔1103的两侧内壁均固定安装有角度传感器1105，两个角度传感器1105之间固定安装有转动滑套1102，梭形座体1101的两端均设置有与连接杆13相适配的调节槽，调节槽的外侧螺接有定位螺栓1104，在测量时，梭形座体1101受到水流变化时，可以及时的调整其测量角度，使其快速的与水流方向一致，提高测量结果的准确性，且在与水平面产生夹角时，角度传感器1105可以及时测量角度，监控河流底部的水流流向和流速的变化。
46.作为本发明中再进一步的方案，稳定机构4包括三角形结构的平流鳍板401，且平流鳍板401的前端固定安装有监控模块402，监控模块402包括水下摄像机和照明灯，在测量阶段水流方向变化时，通过平流鳍板401的导向作用，使得测速传感器可以快速与水流方向保持动态平衡，减少测量过程中波动现象，且监控模块402可以记录河底的泥沙、水流等影像，监控测速传感器每次调整时的动态变化，提高测量结果的准确性和可靠性。
47.实施例2：
48.一种河流测速传感器的测速方法，包括以下步骤：
49.第一步，根据测量船或者桥梁的高度，利用多个限位导杆901和螺纹杆7进行拼装，组成可延伸至河床底部的支撑结构，组合完成后，安装架卡在测量船或者桥梁的边缘处，将其通过紧固螺栓进行固定。
50.第二步，通过定位螺栓1104调整连接杆13在梭形座体1101调节槽内部的间距，使得在岸上时，主测速涡轮12和副测速涡轮2处于平衡状态，即角度传感器1105的数值为零，完成河流测速传感器测量前的准备工作。
51.第三步，在测量阶段，通过驱动马达带动升降机构8内部的两个输送皮带运动，进而通过摩擦力带动升降机构8上下运动，测速传感器竖直探入河流底部，静置10-30min，直到观察限位机构9振动减弱或者静止状态。
52.第四步，步进马达6带动螺纹杆7进行旋转，通过滚珠螺母1002带动滑动套筒1001上下运动，调整测量座11位于河面以下的深度，进而可以快速调整测速传感器的测量深度。
53.第五步，通过主测速涡轮12和副测速涡轮2得到两个河流流速数值，在两组数据误差在设定范围内，记录数据计算平均值，得到相应深度下，河水流速，且记录角度传感器1105的角度，核定河水的流动方向变化和波动。
54.第六步，测量阶段水流方向变化时，通过平流鳍板401的导向作用，使得测速传感器可以快速与水流方向保持动态平衡，减少测量过程中波动现象，且监控模块402可以记录河底的泥沙、水流等影像，监控测速传感器每次调整时的动态变化。
55.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。